Effects of soil properties on production and bioaccumulation of methylmercury in rice paddies at a mercury mining area, China

Rice paddy soil is recognized as the hotspot of mercury(Hg) methylation, which is mainly a biotic process mediated by many abiotic factors. In this study, effects of key soil properties on the production and bioaccumulation of Hg and methylmercury(MeHg) in Hg-contaminated rice paddies were investigated. Rice and soil samples were collected from the active Hg smelting site and abandoned Hg mining sites(a total of 124 paddy fields) in the Wanshan Mercury Mine, China. Total Hg(THg) and MeHg in soils and rice grains, together with sulfur(S),selenium(Se), organic matter(OM), nitrogen(N), phosphorus(P), mineral compositions(e.g., SiO_2, Al_2O_3 and Fe_2O_3) and pH in soils were quantified. The results showed that long-term Hg mining activities had resulted in THg and MeHg contaminations in soil-rice system. The newly-deposited atmospheric Hg was more readily methylated relative to the native Hg already in soils, which could be responsible for the elevated MeHg levels in soils and rice grains around the active artificial Hg smelting site. The MeHg concentrations in soils and rice grains showed a significantly negative relationship with soil N/Hg, S/Hg and OM/Hg ratio possibly due to the formation of low-bioavailability Hg–S(N)–OM complexes in rhizosphere. The Hg–Se antagonism undoubtedly occurred in soil-rice system, while its role in bioaccumulation of MeHg in the MeHg-contaminated rice paddies was minor. However, other soil properties showed less influence on the production and bioaccumulation of MeHg in rice paddies located at the Wanshan Mercury Mine zone.     

厌氧条件水稻土铁对砷释放的影响

水稻土无定型铁矿物是砷的重要吸附载体,水稻种植需要经历的淹水厌氧阶段能促进铁矿物还原溶解并使其吸附的砷释放进入水稻土溶液.本研究重点考察了厌氧环境中水稻土在培养液的富集培养下不同形态砷对砷释放的贡献作用,并探究淹水缺氧环境下水稻土无定型铁矿物对砷迁移转化的影响.结果表明,相比于第一阶段,第二阶段培养液中铁(Ⅱ)和总砷浓度均显著提高(P0.05),其中两个阶段的土壤溶液均主要来源于可交换态砷(F1)和专属吸附态砷(F2),且两个阶段的培养液砷与F1+F2均呈显著正相关关系,分别为r=0.73,P0.05和r=0.657,P0.05,无定型铁结合态砷(F3)与砷浓度呈不显著正相关.两阶段的水稻土不同形态铁与培养液砷浓度均存在一定关系,水稻土盐酸提取铁(Ⅱ)浓度与砷浓度呈显著正相关(r=0.577,P0.05;r=0.613,P0.05),无定型铁矿物与砷存在负相关关系(r=-0.428,P=0.126;r=-0.564,P0.05).因此,厌氧环境下水稻土中处于亚稳状态的无定型铁矿物在总体上能有效地吸持固定砷从而抑制砷的移动和迁移.     

亚热带农田和林地大气氮湿沉降与混合沉降比较

本研究在位于我国亚热带区域的湖南省长沙县金井河流域,设置一个农田监测点和一个林地监测点,开展了完整的2a(2011年3月至2013年2月)大气氮素(N)湿沉降和混合沉降(湿沉降+部分干沉降)的监测,评价两种方法监测的大气氮素沉降的差别,并建立一种采用氮素混合沉降来估算氮素湿沉降的方法.结果表明采样点氮素湿沉降和混合沉降以NH_4~+-N沉降量最高,其中农田点大气氮湿沉降、混合沉降量分别为26.2 kg·(hm~2·a)~(-1)、28.9 kg·(hm~2·a)~(-1),湿沉降、混合沉降NH_4~+-N、NO_3~--N和可溶性有机氮(DON)分别占湿沉降、混合沉降总氮(TN)的49.7%、31.3%、19.0%和48.7%、31.6%、19.7%.林地点大气氮湿沉降、混合沉降量分别为23.6 kg·(hm~2·a)~(-1)、27.8 kg·(hm~2·a)~(-1),湿沉降、混合沉降NH_4~+-N、NO_3~--N和DON分别占湿沉降、混合沉降TN的53.9%、34.8%、11.4%和49.6%、31.6%、18.9%.研究区域降雨量与湿沉降、混合沉降雨水中NH_4~+-N、NO_3~--N和TN浓度均有极显著负相关关系,而与沉降量有显著正相关性.两监测点湿沉降与混合沉降的雨水中N素浓度具有极显著线性相关性(决定系数大于0.82),根据二者之间建立的回归方程,农田点采用混合沉降估算湿沉降中NH_4~+-N、NO_3~--N和TN沉降的系数值分别为0.875、0.774和0.852;林地点相应的系数值分别为0.859、0.783和0.819,该系数值主要与监测点的氮素湿沉降量及大气颗粒态氮的污染水平有关.亚热带区域采用大气氮素混合沉降替代氮素湿沉降,将导致氮素湿沉降被高估10%~18%,利用氮素混合沉降和氮素湿沉降之间的回归方程,可以较好实现采用混合沉降来估算湿沉降.     

生物炭配施缓控释肥对稻田田面水氮素动态变化及径流流失的影响

在太湖流域,通过田间试验研究了控释肥(CRF)、生物炭配施控释肥(BC+CRF)、生物炭配施稳定性肥(BC+SF)、生物炭配施控释肥和稳定性肥(BC+CRF+SF)4种施肥处理对稻田田面水p H、氮素动态变化、氮素径流流失的影响.结果表明,田面水平均p H介于5.64~8.15,生物炭配施控释肥和稳定性肥田面水p H降低3.16%~4.48%.田面水平均全氮(TN)质量浓度介于19.05~25.23 mg·L~(-1),生物炭配施控释肥和稳定性肥田面水TN质量浓度显著降低4.75%~6.58%.田面水无机氮素以铵态氮(NH_4~+-N)为主,NH_4~+-N和硝态氮(NO_3~--N)平均质量浓度分别介于0.01~17.26 mg·L~(-1)和0.24~3.11mg·L~(-1).与单施控释肥相比,各处理田面水NH_4~+-N和NO_3~--N质量浓度分别显著降低35.89%~48.78%和20.54%~37.01%.生物炭配施稳定性肥显著降低了田面水NH_4~+-N和NO_3~--N质量浓度,有效减少无机氮素径流流失风险.TN、NH_4~+-N、NO_3~--N径流流失量分别介于16.24~18.09、1.76~2.22、0.76~1.38 kg·hm~(-2).与单施控释肥相比,各处理TN、NH_4~+-N、NO_3~--N径流流失均有不同程度削减.生物炭配施控释肥和稳定性肥显著削减了氮素径流流失,有效降低区域稻田氮素面源污染风险.     

铜尾矿坝不同恢复年限土壤理化性质和酶活性的特征

金属矿产资源开采使尾矿坝迅速升高,矿区生态环境遭到严重破坏.土壤理化性质和酶活性是衡量生态系统功能的重要指标,可作为评价土壤恢复质量的重要因子.以山西省垣曲县十八河铜尾矿区9个尾矿子坝作为研究对象,分析不同恢复年限子坝土壤理化性质与土壤酶活性之间的关系.结果表明,不同恢复年限子坝的土壤理化性质差异较大,随着恢复年限的增加,土壤养分含量显著升高.过氧化氢酶与碳氮比显著负相关,脲酶与总氮含量和土壤含水量均显著正相关,磷酸酶和蔗糖酶与土壤理化因子之间无显著关系.土壤中铜含量随子坝恢复年限增加而逐渐累积,砷和镉含量先增加后降低,恢复后期逐渐达到稳定水平,各子坝的土壤锌含量无显著差异.为铜尾矿区的土壤生态系统恢复及退化机制的研究提供一定的生态学依据.     

大清河阜平流域生态系统结构变化的服务价值响应研究

生态系统通过物质循环、能量流动和信息传递为人类提供必要的生态服务功能,其结构变化可引起生态系统过程和服务功能的改变。研究区域的生态服务功能对生态系统结构变化的响应规律对高效配置环境资源和合理制定环境政策具有重要意义。论文以大清河阜平流域为研究对象,利用1985—2015年每隔5 a的遥感影像,采用监督分类法及价值量法,研究了该区域生态系统结构、服务功能近30 a的变化规律趋势,分析了研究区服务功能对生态系统结构变化的响应规律。结果表明：1）1985—2015年研究区生态系统结构发生明显变化,建设用地、林地、耕地、水域生态系统呈正变化,变化幅度分别为139.57%、90.66%、68.79%、6.55%;未利用地、草地生态系统呈负变化,变化幅度分别为-83.48%、-54.92%;其中林地面积的增加主要是由草地和未利用地转变而来,耕地面积增加主要由未利用地构成,建设用地的扩张主要占用耕地和未利用地。2）研究区服务价值变化趋势以2000年为界,前15 a呈增加趋势,后15 a呈减少趋势。2000年总服务价值最高,为58.08亿元;不同时期林地服务价值对研究区总服务价值贡献率最大,其次是耕地和草地;单项服务价值中,保持土壤服务价值贡献率最大,其次是维持生物多样性、气体调节和气候调节服务价值。3）研究区服务价值的增加得益于草地→林地的服务价值流向和未利用地→林地的价值流向,服务价值的损失来自于耕地转变为建设用地的服务价值损失和林地转变为耕地的服务价值损失。     

区域碳固持服务供需关系动态分析——以北京为例

陆地生态系统的碳固持服务能直接固定大气中的CO₂,有效减缓全球变暖趋势。该服务的供需平衡对于区域的可持续发展至关重要。目前,以空间显式的方法,定量评估城市尺度上碳固持服务供需关系动态的研究还比较少。因此,论文以北京市为例,分别选取CASA模型计算的植被净初级生产力,以及IPCC清单法和城市碳代谢法计算的人为CO₂排放量,表征碳固持服务的供应和需求量。在此基础上,分析了北京市2000和2013年碳固持服务的供需变化。结果显示,2000年北京市碳固持服务供不应求,供需比为53.5%。空间分布上,中心城区的碳固持服务供需失衡,西部和北部地区的碳固持服务则供大于求。2000-2013年,北京市碳固持服务的供需关系趋于紧张,供需比降至38.5%。碳固持服务供需关系变紧张的主要原因是碳排放总量的增加。其中,来自城市居民生活和交通运输过程的碳排放增长最多。基于此,建议在需求端加快产业转移、促进节能减排,在供应端加大生态环境保护力度、保障区域的可持续发展。     

湿地生态系统服务价值能值评估——以珠江三角洲城市群为例

湿地生态系统服务价值越来越被人类所认可,但由于湿地生态系统结构、功能、生态过程等的复杂性及现有价值评估方法的局限性,给湿地生态系统保护工作的推进造成了一定影响.基于此,本研究在厘清沼泽、湖泊、水库/坑塘、河流及滨海湿地生态系统差异性的基础上,根据生态系统存量流量变化、生态过程带来的附加影响和全球性生态系统服务在局地的分摊及人类感受将湿地生态系统服务价值分为直接价值(增加生物量、固碳释氧、提供水源、补给地下水、增加底泥)、间接价值(净化大气、水,营养物质运移、调节温湿度、提供水电)和存在价值(调节气候、维持生物多样性、旅游休闲+航运价值、文化教育价值);然后使用能值分析方法构建了非货币量的湿地生态系统服务价值评估框架和方法学,该框架尝试解决核算缺乏统一标准、重复计算和跨空间尺度数据转化等难题;并以珠江三角洲城市群为例,核算其湿地生态系统服务价值.该研究能为湿地生态系统差异性保护与管理、生态补偿机制的确立和完善提供一定的科学依据.     

基于生态足迹的三峡库区重庆段后续发展生态补偿标准量化研究

生态足迹思想被引入我国后,受到了许多学者的关注,结合生态系统服务价值相关理论,可以量化生态补偿标准.本文以重庆三峡库区为研究对象,通过基于"省公顷"的模型改进方法修正模型,计算生态足迹与生态承载力,得到其空间分异特征,引入生态系统服务价值,构建基于生态足迹的三峡库区后续发展生态补偿标准模型,并计算各个区县的生态补偿标准,与其他大型库区的生态补偿结果进行对比.研究结果表明:在2010—2016年,重庆三峡库区的平均生态足迹为34586160.120 hm~2,平均生态承载力为6664208.176 hm~2,通过对重庆段的所有区县进行生态安全判断,发现全部都是处于不安全状态,需要进行生态补偿.整体上,生态补偿需补偿约54.92亿元.而人均补偿额度小于100元的有大渡口区、奉节县、石柱县、巫山县、巫溪县、云阳县和忠县7个区县,在100～200元有长寿区、丰都县、开州区和武隆区4个区县,在200～300元的有巴南区和北碚区2个区县,在300～400元的有万州区、江北区、江津区、涪陵区和南岸区5个区县,大于400元的有沙坪坝区、渝中区、渝北区和九龙坡区4个区县.随着经济发展,必定会带来生态足迹与生态承载力的改变,生态补偿额度也会相应的增加.     

西藏生态安全屏障保护与建设工程的宏观生态效应

西藏高原是我国重要的生态屏障、江河源区与生物物种基因库,为了保障其生态功能的持续有效发挥,2008年开始实施西藏高原生态安全屏障保护与建设工程。论文基于工程规划目标,通过对比监测2000—2008年与2008—2015年西藏高原生态系统及其关键服务的时空变化,科学地评估西藏高原生态工程的生态效应。结果表明：工程实施前、后8 a相比,1）西藏高原生态系统格局稳定少动,生态系统宏观状况趋向良性发展。森林面积持续增加,荒漠面积显著减少,水体与湿地面积从减少转变为增加。2）草地退化趋势明显减弱、草地恢复态势显著,退化草地占比下降了19.9%,恢复草地占比增加了33%。植被覆盖度增加趋势明显,平均提高了1.9%,特别是高寒草甸类。草地载畜压力明显减少,牧草供给能力提升,草畜矛盾有所缓解。3）生态系统水源涵养能力增加,碳汇总量略有提高,防风固沙服务能力稳步上升。然而,降雨量增加导致降雨侵蚀力增强,植被覆盖度增加但植被根系土壤层无法短时期内恢复,从而导致土壤保持服务能力有所下降。4）西藏高原的暖湿化气候有利于减缓荒漠化进程并促进生态系统恢复,而生态安全屏障保护与建设工程的实施对西藏高原生态系统服务能力的提升特别是工程区局部生态恢复具有一定的正面作用。